La era de las PC: El aprovechamiento de RISC en x86 y el Pentium Pro
NexGen Microsistemas fue una empresa fundada por el Dr. Thampy Thomas en Milpitas, California, durante 1986. Esta empresa, sin fábricas, había sido fondeada por Compaq y se dedicaba diseño de semiconductores. Sus chips eran fabricados por la división de Microelectrónicos de IBM.
El Dr. Thomas había obtenido una visión de los microprocesadores de su trabajo en Elxsi, empresa de la que también fue cofundador y de la que se dice que fue la primera fundada por alguien de origen indio en el Valle del Silicio. En esta empresa se produjo la primera computadora que utilizó más de un microprocesador, de modo que Thomas tenía una visión muy clara de la potencia necesaria para exigentes requerimientos de cómputo.En NexGen, luego de algunos tropezones, diseñó y presentó el procesador Nx586 en 1994, que fue el primero que pretendió competir directamente contra el Intel Pentium. El Nx586 tuvo la particularidad de ser el primer procesador de la historia con una arquitectura RISC86.
RISC (Computadora de Conjunto de Instrucciones Reducido) históricamente había sido una arquitectura más eficiente que la CISC (Computadora de Conjunto de Instrucciones Complejo) debido a que las instrucciones son más simples en la primera que en la segunda. La arquitectura x86 se basó en CISC, lo que requería una ductería de instrucciones compleja, a cambio de requerir menos recursos para funcionar.
Para cuando el Intel Pentium fue lanzado, los recursos de la computadora ya no eran tan escasos y se podía lanzar una arquitectura RISC sin dificultades. Sin embargo, hacer eso significaría romper la compatibilidad histórica de la arquitectura x86 y, por ende, poner en jaque a la industria. Sin duda, la "dependencia de ruta" provocaría que un procesador que rompiera con la compatibilidad de x86 estaría condenado al fracaso o a su uso en nichos.
NexGen salvó esta situación al presentar un procesador RISC que admitía instrucciones CISC. Es decir, el procesador traduciría el código originalmente diseñado para funcionar en la tradicional arquitectura CISC de x86 para traducirla a µoperaciones reducidas y ejecutarla en su arquitectura interna RISC. Esta innovación radical trajo consigo que procesadores que funcionaban a frecuencias de reloj menores que Pentium tuvieran rendimientos similares o superiores a éste. Por ejemplo, el Nx586-P80 funcionaba a 75 MHz y ofrecía un rendimiento equivalente o superior al de un Pentium de 80 MHz. El Nx586-P90 lo hacía a 83.3 MHz.
A pesar de lo avanzado de esta arquitectura, Compaq no utilizó ampliamente estos chips en sus computadoras. Incluso, había anunciado su intención de utilizarlos (y hasta eliminó el nombre "Pentium" de su literatura y la sustituyó por el identificador 586), pero terminó por no utilizarlos.
Con todo, esta metodología arquitectónica que se conoce como RISC86 fue bastante celebrada en la industria y trajo la aparición de una nueva gama de procesadores con una potencia significativamente superior y una reducción en la generación de calor. Al final, NexGen fue adquirida por Advanced Micro Devices, quien utilizó esta arquitectura para sacar su línea de procesadores K6, luego del fallido diseño del K5 desde sus propios laboratorios.
Queda este hito de Nx586 para explicar un importante avance en los procesadores venideros de la mano de Intel.
La creación de Pentium Pro
El Ing. Fred Pollack de Intel se dispuso a liderar el desarrollo de una nueva arquitectura para los procesadores. Él había sido el ingeniero líder del proyecto iAPX 432, así como el arquitecto líder del Intel i960, por lo que se convirtió en el candidato ideal para liderar esta nueva arquitectura.
Pollack estaba especializado en la superescalaridad. Un procesador superescalar es aquél que implementa algún tipo de paralelización conocida como "paralelismo a escala de instrucciones" en el núcleo de un procesador. Un procesador superescalar puede ejecutar más de una instrucción por ciclo de reloj al despachar simultáneamente varias instrucciones a distintas unidades de ejecución del procesador. Por ende, permite una mayor tasa de transferencia de la que permiten los procesadores escalares. Cada una de estas unidades de ejecución no es un núcleo por separado, sino un recurso de ejecución que se encuentra en un solo núcleo, tal como una unidad aritmético lógica o FPU.
Así, la arquitectura nueva de Intel sería superescalar, y, a diferencia del proyecto iAPX 432, debía observar total compatibilidad con la arquitectura x86. Esta nueva arquitectura, así, sería la sucesora de la arquitectura del P5, propia de la línea Pentium. Resultó que esta nueva arquitectura, a la que se le llamó P6 (y también se conoció como i686) tradujo las instrucciones IA-32 a secuencias de µoperaciones RISC, analizó y reordenó las µoperaciones para detectar operaciones que podían paralelizarse y las ejecutaba. Ésta fue la primera arquitectura de Intel que utilizaba esta técnica, aunque, como ya lo vimos, esto ya había sido logrado por NexGen con el Nx586.
Así, para el 1 de noviembre de 1995, Intel presentó el procesador Pentium Pro. Se trató de un verdadero monstruo de procesamiento con 5.5 millones de transistores encapsulados en una litografía de 0.50 µm en un paquete de 387 patas que se colocaba en el Socket 8. Éste fue, también, el primer procesador de la historia que permitió el uso de nuevos procesadores en una placa principal mediante la actualización del microcódigo en el BIOS. Así, con solo actualizar el BIOS de un equipo, éste sería capaz de reconocer las nuevas encarnaciones del procesador. También fue el primer procesador de Intel con memoria caché L2, nada menos que 256 kB que aceleró sensiblemente los procesos internos. Sin embargo, la complejidad de esta caché trajo que hubiera muchos desperdicios en la fabricación y que el Pentium Pro siempre fuera un procesador costoso.
Originalmente, el Pentium Pro apareció con una frecuencia de reloj de 150 MHz y hasta 200 Mhz. Se trató, además, del primer procesador de Intel integrado en una computadora que alcanzó 1 billón (escala larga) de operaciones matemáticas por segundo (TeraFLOPS). Su enorme potencia para la época lo convirtió en ideal para servidores y estaciones de trabajo de alto rendimiento, donde se utilizó en multiprocesamiento simétrico (SMP) con configuraciones de 2 y 4 procesadores en un solo equipo. La aparición del Pentium Pro fue el punto definitivo de la integración de Intel en las grandes ligas de los servidores.
A pesar de los grandes beneficios en rendimiento, la arquitectura P6 tuvo problemas con el código de 16 bits. Solía no ser tan eficiente para ejecutar ese tipo de código, aunque brillaba enormemente con programas y sistemas operativos de 32 bits nativos (como Windows NT, Unix, Linux y OS/2). La arquitectura P6 fue el fundamento de los procesadores por venir de Intel y su importancia todavía nos impacta hasta ahora. Buena esta arquitectura, y lo que estaba por venir. ¡Nos seguimos leyendo!
Pollack estaba especializado en la superescalaridad. Un procesador superescalar es aquél que implementa algún tipo de paralelización conocida como "paralelismo a escala de instrucciones" en el núcleo de un procesador. Un procesador superescalar puede ejecutar más de una instrucción por ciclo de reloj al despachar simultáneamente varias instrucciones a distintas unidades de ejecución del procesador. Por ende, permite una mayor tasa de transferencia de la que permiten los procesadores escalares. Cada una de estas unidades de ejecución no es un núcleo por separado, sino un recurso de ejecución que se encuentra en un solo núcleo, tal como una unidad aritmético lógica o FPU.
Así, la arquitectura nueva de Intel sería superescalar, y, a diferencia del proyecto iAPX 432, debía observar total compatibilidad con la arquitectura x86. Esta nueva arquitectura, así, sería la sucesora de la arquitectura del P5, propia de la línea Pentium. Resultó que esta nueva arquitectura, a la que se le llamó P6 (y también se conoció como i686) tradujo las instrucciones IA-32 a secuencias de µoperaciones RISC, analizó y reordenó las µoperaciones para detectar operaciones que podían paralelizarse y las ejecutaba. Ésta fue la primera arquitectura de Intel que utilizaba esta técnica, aunque, como ya lo vimos, esto ya había sido logrado por NexGen con el Nx586.
Así, para el 1 de noviembre de 1995, Intel presentó el procesador Pentium Pro. Se trató de un verdadero monstruo de procesamiento con 5.5 millones de transistores encapsulados en una litografía de 0.50 µm en un paquete de 387 patas que se colocaba en el Socket 8. Éste fue, también, el primer procesador de la historia que permitió el uso de nuevos procesadores en una placa principal mediante la actualización del microcódigo en el BIOS. Así, con solo actualizar el BIOS de un equipo, éste sería capaz de reconocer las nuevas encarnaciones del procesador. También fue el primer procesador de Intel con memoria caché L2, nada menos que 256 kB que aceleró sensiblemente los procesos internos. Sin embargo, la complejidad de esta caché trajo que hubiera muchos desperdicios en la fabricación y que el Pentium Pro siempre fuera un procesador costoso.
Originalmente, el Pentium Pro apareció con una frecuencia de reloj de 150 MHz y hasta 200 Mhz. Se trató, además, del primer procesador de Intel integrado en una computadora que alcanzó 1 billón (escala larga) de operaciones matemáticas por segundo (TeraFLOPS). Su enorme potencia para la época lo convirtió en ideal para servidores y estaciones de trabajo de alto rendimiento, donde se utilizó en multiprocesamiento simétrico (SMP) con configuraciones de 2 y 4 procesadores en un solo equipo. La aparición del Pentium Pro fue el punto definitivo de la integración de Intel en las grandes ligas de los servidores.
A pesar de los grandes beneficios en rendimiento, la arquitectura P6 tuvo problemas con el código de 16 bits. Solía no ser tan eficiente para ejecutar ese tipo de código, aunque brillaba enormemente con programas y sistemas operativos de 32 bits nativos (como Windows NT, Unix, Linux y OS/2). La arquitectura P6 fue el fundamento de los procesadores por venir de Intel y su importancia todavía nos impacta hasta ahora. Buena esta arquitectura, y lo que estaba por venir. ¡Nos seguimos leyendo!
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